制造工业对磨料的性能要求

对于制造工业的人来说，“磨料”这种锐利、坚硬的材料是制造每一种精密产品所必不可少的材料，在许多加工环节都有着不可取代的作用。从较软的家用去垢剂、宝石磨料到最硬的材料金刚石，磨料的应用范围极广——可以说，在人类工业文明的发展历程中，磨料发挥着极其重要的作用。

作为材料加工成型中的关键角色，磨料需要满足一定的性能要求，才能够用于相应的加工领域，具体可分为以下几方面：

1.化学成分

磨料的化学纯度对磨料的各项性能起着决定性的作用，即使杂质含量很低，也可能使磨料性能产生极大的差异。例如在刚玉磨料体系中，微量Na₂O杂质的存在就会对磨料性能造成较大的影响，因为Na₂O在高温下会与Al2O3反应形成β-Al₂O₃，影响α-Al₂O₃的纯度，并导致磨料晶粒粗大，使磨料机械性能变差；黑刚玉由于含有较多的Fe₂O₃（5%以上），使得其硬度远低于棕刚玉；白刚玉的纯度（Al₂O₃含量98.5%以上）比棕刚玉纯度（94.5%-97%）高，因此其硬度要高于棕刚玉。

2.硬度

硬度对于磨料而言，是最基本的性能指标。磨料的硬度需要高于工件硬度，才能发挥其磨削作用，磨料的硬度越高，对工件的刻划和切入能力也就越强。由于不同种类的磨料对应不同的硬度，因而适用于不同的加工领域。

3.韧性

磨料的韧性指的是磨粒在受力时抵抗破碎的能力。磨料需要具备一定的韧性才能够充分发挥其切削作用，如果磨料韧性过低，在磨削的过程中会导致磨粒过快破碎甚至脱落，不能充分发挥其切削作用，但是如果磨料韧性太高，又会导致磨粒在磨削过程中难以破碎，无法形成新的切削刃，从而导致磨料自锐性变差，降低工件的切削效率。磨料的韧性与其宏观形状有着紧密联系，例如等积形的磨料韧性就要优于片状或棒状。

4.机械强度

磨料在磨削过程中会同时受到磨削力和冲击载荷的作用，因此，磨料必须达到足够的机械强度才能满足相应的磨削要求。由于金刚石材料在磨料体系中占据极其重要的地位，所以一般以金刚石的单颗粒抗压强度作为标准来衡量磨料的机械强度。

5.化学稳定性

磨料在工作时，对于被加工工件应保持相应的化学稳定性，以免和工件黏附和产生互扩散，造成磨具的堵塞或工件的污染。例如，SiC和Fe就会发生反应。

6.热稳定性

磨料的热稳定性是指的是磨料在工作温度区间保持其各项理化性能指标的能力。磨具在工作过程中受到摩擦作用，导致其工作区温度升高（400℃以上），所以磨料的热稳定性优劣是衡量其磨削能力的一项重要指标。金刚石虽然在室温下各项性能表现都很出色，但在加工黑色金属时，在高温下会发生石墨化，导致磨具切削能力下降并且会造成工件表面结构的破坏。

7.热导率

磨料需要具备良好的热导率以保证在磨削过程中产生热量得以及时散发，从而使工作区的温度维持在合适的区间，这样一方面可以避免烧伤工件，另一方面可以延长磨具的使用寿命。

8.热膨胀系数

磨料的热膨胀系数需要与所使用的结合剂的热膨胀系数相匹配，这样才能够避免在烧结和磨削过程中，由于二者膨胀、收缩率失配，使磨具内残余应力过大，导致磨具变形甚至损坏，影响磨削的稳定性和磨具的使用寿命。